KR100940899B1

KR100940899B1 - 가속 풍화 장치

Info

Publication number: KR100940899B1
Application number: KR1020047009351A
Authority: KR
Inventors: 피셔리차드엠쥬니어; 구쓰브래들리디; 케톨라워렌디; 릴리제임스더블유
Original assignee: 쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 캄파니
Priority date: 2001-12-19
Filing date: 2002-10-18
Publication date: 2010-02-09
Also published as: AU2002356825B2; CN1605024A; US20030133184A1; KR20040071211A; CA2471004A1; US6859309B2; US20040178367A1; WO2003054526A1; TWI262328B; JP2010078607A; ZA200405652B; CN1605024B; JP2005514590A; BR0215215A; CA2471004C; US6906857B2; AU2002356825A1; TW200301370A; EP1459050A1; MXPA04005828A

Abstract

본 발명은 가속 풍화 장치의 가혹한 광도, 열 및 습도 로드를 겪을 때 장기간 동안 내구성 있고 안정적이며 유리하게는 일광에 근사하는 광학 필터에 관한 것이다. 광학 필터는 납 함량이 0.5 중량% 내지 50 중량%인 유리를 포함한다. 몇몇 실시예에서, 필터는 0.7 mm 내지 10 mm의 두께를 갖는 것으로 구성될 수 있다. 본 발명의 또 다른 태양에 따르면, 광학 필터는 분광 파워 분포를 조작하기에 적합한 광학 필터 조립체의 일부를 구성한다. 광학 필터 조립체는 납 함량이 0.5 중량% 내지 50 중량%인 납유리 광학 필터와, 자외선 투과성 광학 필터를 구비한다. 일 실시예에서, 자외선 투과성 광학 필터가 수정 유리로 구성된다. 자외선 투과성 광학 필터는 적외선 흡수 코팅을 구비할 수도 있다. 본 발명의 또 다른 태양에 있어서, 납유리로 구성된 광학 필터는 납유리를 통과하는 빛이 제1 비율 및 제2 비율을 갖도록 선택된 두께를 갖는다. 상기 제1 비율은 290 nm 보다 짧은 파장에 대한 제1 총 조도 대 300 nm 내지 400 nm의 파장에 대한 제2 총 조도이며, 제1 비율은 2.0×10^-6 미만이다. 제2 비율은 310 nm에서의 조도 대 상기 제2 총 조도의 제2 비율이며, 제2 비율은 1.2×10^-3 이상이다.

Description

가속 풍화 장치{OPTICAL FILTERS FOR MANIPULATING SPECTRAL POWER DISTRIBUTION IN ACCELERATED WEATHERING DEVICES}

실외 환경에 대한 제품의 내성을 시험하기 위하여 많은 업계에서는 가속 풍화 장치를 사용하고 있다. 소정 제품의 제작자는 그 제품이 규정된 수명 동안 실외 기후를 견딜 수 있는 가를 보증하여야 할 때가 있다. 그러한 제품은 지상의 태양 복사선에 대한 노출 뿐만 아니라, 온도 사이클, 습도, 응결 및 비와 같은 수분 스트레스를 견딜 수 있어야 한다. 이것은 실외에서 사용되는 제품의 열화를 발생시키는 중요한 스트레스로서, 이러한 스트레스의 시뮬레이션에는 연구실 가속 풍화 시험용으로 사용되는 장치가 필수적이다. 이러한 모든 스트레스가 열화를 발생시키는 것으로 작용하는 것에 불구하고, 태양 복사선에의 노출은 자외선이 시간이 경과함에 따라 폴리머와 기타 재료를 파괴하는 경향이 있기 때문에 풍화성에서 보다 영향력이 있는 인자중 하나이다.

인공 광원을 사용하는 가속 풍화 장치는 그 장치를 사용하면 온도, 습도 및 지상의 태양 복사선의 풍토적 계절적 변화를 겪지 않아도 되는 장점을 갖는다. 가속 풍화 장치를 제조하는데 있어서 보다 어려운 과제중 하나는 지상의 자연 태양광과 거의 일치하는 인공 광으로 분광 파워 분포를 제공하는 것이다. 자연 태양광의 분광 파워 분포에 일치시키거나 또는 매우 유사하게 함으로써, 가속 풍화 장치에의 노출 결과는 현실 세계에의 노출 효과와 거의 근접하게 될 수 있다.

일광의 근접한 분광 파워는 인공 광원으로부터의 조명을 하나 이상의 광학 필터에 통과시킴으로써 달성되는 것이 일반적이다. 이러한 근접화가 효과적으로 수행되지 않으면, 시험 중인 제품에서 경험적으로 관찰된 손상 모드는 실제의 손상 모드와 일치하지 않는 것이다. 광학 필터를 통과할 때 그리고 지상의 태양광에 존재하지 않고 인공 광에 존재하는 광 파장은 열화 및 안정화 반응의 균형을 변화시키는 것으로 발견되었다. 가능한 범위까지, 이러한 광 파장을 테스트 프로토콜에서 제거하여야 한다. 비교예에 대하여 입증된 바와 같이, 가속 풍화 장치용의 통상적인 광학 필터는 일광과 적절히 일치하지 않는 조명을 통과시킨다. 예를 들면, 많은 필터는 290 nm 미만의 파장의 복사선을 극소량 갖는 실제 지상의 태양 복사선에서보다 290 nm 미만의 파장의 자외선 복사를 보다 많이 통과시킨다. 이러한 파장에서의 복사선은 폴리올을 함유하는 프탈레이트를 갖는 폴리우레탄 및 폴리에틸렌 테르프탈레이트와 같은 몇몇 재료를 때 이르게 손상시킬 수 있다. 게다가, 단파장 복사선을 통과시키지 않는 많은 필터는 태양 스펙트럼 내에 있는 빛, 특히 약 310 nm에서의 빛을 불충분하게 투과시킴으로써, 열화율을 지연시키고 시험 시간을 연장시킬 수 있다.

적절한 광학 필터의 제조 곤란성을 더욱 심화시키는 것으로, 가속 풍화 장치에 사용된 광학 필터는 가혹한 광도, 열 및 습도 로드를 겪게되는 것이다. 광학 필터는 혹독한 환경에서 장시간 동안 내구성이 있어야 하고 또 안정성이 있어야 한다. 가속 풍화 장치용 필터는 분광 특성만으로 간편하게 선택될 수 없다. 오히려, 가속 풍화 장치용의 적절한 광학 필터는 태양광에 일치하는 분광 특성을 가져야 하며, 가속 풍화 장치에서의 사용을 견디기에 충분한 내구성이 있어야 한다.

이러한 장치를 허용 가능한 수명 동안 이러한 장치 내의 혹독한 조건을 수용하면서도 지상의 태양 복사선의 분광 파워 분포에 보다 면밀하게 일치시킬 수 있는 가속 풍화 장치용 광학 필터를 제공하기 위한 필요성이 대두되고 있다.

본 발명은 가속 풍화 장치의 가혹한 광도, 열 및 습도 로드를 겪을 때 장기간 동안 내구성 있고 안정적이며 유리하게는 일광에 근사(近似)하는 광학 필터에 관한 것이다. 광학 필터는 납 함량이 0.5 중량% 내지 50 중량%인 유리를 포함한다. 몇몇 실시예에서, 필터는 0.7 mm 내지 10 mm의 두께를 갖는 것으로 구성될 수 있다. 본 발명의 또 다른 태양에 따르면, 광학 필터는 분광 파워 분포를 조작하기에 적합한 광학 필터 조립체의 일부를 구성한다. 광학 필터 조립체는 납 함량이 0.5 중량% 내지 50 중량%인 납유리 광학 필터와, 자외선 투과성 광학 필터를 구비한다. 일실시예에서, 자외선 투과성 광학 필터가 수정 유리로 구성된다. 자외선 투과성 광학 필터는 적외선 흡수 코팅을 구비할 수도 있다. 본 발명의 또 다른 태양에 있어서, 납유리로 구성된 광학 필터는 납유리를 통과하는 조명이 제1 비율 및 제2 비율을 갖도록 선택된 두께를 갖는다. 상기 제1 비율은 290 nm 보다 짧은 파장에 대한 제1 총 조도 대 300 nm 내지 400 nm의 파장에 대한 제2 총 조도이며, 제1 비율은 2.0×10^-6 미만이다. 제2 비율은 310 nm에서의 조도 대 상기 제2 총 조도의 제2 비율이며, 제2 비율은 1.2×10^-3 이상이다.

본 발명은 다수의 장점을 갖는 광학 필터를 기술하고 있다. 이러한 장점 중에는, 비교예보다 일광을 더 근접하게 모의하며 가속 풍화 장치의 혹독한 환경을 견딜 수 있도록 내구성이 있는 광학 필터를 포함한다. 또한, 이러한 필터의 컷온 파장은 시험용의 선택된 차단 파장을 제공하기에 용이하게 조정될 수 있다. 게다가, 필터는 넓은 파워 범위에 걸쳐 작동할 수 있으며 더 유리하게는 일광에 근접시킬 수 있다. 또, 특정 조도 레벨에서의 시험은 보다 낮은 램프 파워 설정치로 수행될 수 있다.

도 1은 본 발명에 따라 구성된 가속 풍화 장치의 사시도이다.

도 2는 도 1의 가속 풍화 장치에 사용되는 조명기의 측면도이다.

도 3은 도 2의 조명기의 단면도이다.

도 4는 조명기의 또 다른 예를 도시하는 단면도이다.

도 5는 조명기의 또 다른 예를 도시하는 단면도이다.

도 6은 조명기의 또 다른 예를 도시하는 단면도이다.

도 7은 비교예의 분광 파워 분포 및 일광을 도시한다.

도 8은 다른 비교예의 분광 파워 분포 및 일광을 도시한다.

도 9는 본 발명의 실시예에 따른 분광 파워 분포 및 일광을 도시한다.

도 1은 가속 풍화 장치(20)의 일 실시예이다. 가속 풍화 장치(20)는 풍화실(暴露室; 22)을 구비한다. 풍화실(22) 내측에는 다수의 시험용 제품 샘플(비도시)을 보유하도록 구성된 풍화 설비(24)가 배치된다. 본 실시예에서, 유저 인터페이스(26)를 통해 실험 패러미터가 입력된다. 실험 패러미터의 예로는 습도와 같은 수분 스트레스, 물 분사, 응결, 온도 및 조도(irradiance)가 있다. 안개 발생장치(28)가 풍화실(22)에 분무 수를 공급한다. 풍화실 내부의 습도는 습도 센서(30)로 측정된다. 히터(32)가 풍화실(22) 내부에 열을 발생시킨다. 그 열은 온도 센서(34)에 의하여 측정된다. 상기 센서(30, 34)로부터 수신된 신호를 이용해서 풍화실(22) 내부의 온도와 수분 스트레스를 제어하거나 유지한다. 풍화실(22)은 또한 조명기(38)를 구비하는 조명 조립체(36)를 포함한다. 조명 조립체(36)는 조도를 제공 및 제어하며 조명기(38)를 냉각시키는 작용을 한다. 도시된 실시예에서, 조명기(38)는 풍화 설비(24)의 중심 부근에 배치되어 제품 샘플을 조사(照射)한다.

도 2는 조명기(38)의 일례를 도시한다. 조명기(38)는 광원(42)에 결합 및 유지하는 한 쌍의 단부 캡(40)을 구비한다. 플러그(44)는 조명 조립체(36) 내부의 도체와 결합하여 전력을 광원(42)에 공급한다. 광원(42)은 적어도 하나의 광학 필터 또는 본 실시예에서 도시된 광학 필터 조립체(46)에 의하여 에워싸인다. 광학 필터 조립체는 다수의 광학 필터로 구성되어 있다. 조명기(38)를 통해 냉매(50)가 유동하여 조명기(38)의 온도를 제어 및 유지한다. 광원(42)은 적어도 200 nm 내지 400 nm의 범위로 분광 발광하는 램프를 구비한다. 가속 풍화 장치에 사용하기에 적합한 공지된 광원의 예로는 탄소 아크 램프, 메탈 할라이드 램프, 형광등 등이 있다. 도시된 실시예에서, 광원(42)은 크세논 아크 램프이며, 유체 냉매(50)는 물이다.

도 3은 도 2의 선 3-3을 따라 취한 광학 필터 조립체(46)의 단면도를 도시한다. 도시된 실시예에서, 광학 필터 조립체(46)는 두 개의 광학 필터, 즉 내부 필터(52)와 외부 필터(54)를 구비한다. 광학 필터(52, 54)는 필터 조립체(46)가 원통형이라는 것을 나타내는 원형 단면을 갖는 것으로 도시되어 있다. 광학 필터(52, 54)용으로 다른 곡선이나 직선 형상이 고려된다. 냉매(50)는 광원(42)과 내부 필터(52) 사이에서 조명기(38)의 길이를 따라 제1 방향으로 유동한다. 또한, 냉매(50)는 내부 필터(52)와 외부 필터(54) 사이에서 대향하는 방향으로 유동한다. 한 단부에 냉각수 유입구를 가지고 다른 단부에 냉각수 배출구를 갖는 시스템도 제공될 수 있다.

도 4는 광학 필터 조립체(146)를 갖는 조명기(138)의 또 다른 예를 도시하는 단면도로서, 광학 필터 조립체는 3개의 광학 필터, 즉 내부 필터(152), 중간 필터(153) 및 외부 필터(154)를 구비한다. 냉매(50)는 광원(42)과 내부 필터(152) 사이에서 조명기(138)의 길이를 따라 제1 방향으로 유동한다. 또한, 냉매는 내부 필터(152)와 중간 필터(153) 사이에서 그리고 중간 필터(153)와 외부 필터(154) 사이에서 대향하는 방향으로 유동한다.

도 5는 광학 필터 조립체(246)를 갖는 조명기(238)의 또 다른 예를 도시하는 단면도로서, 광학 필터 조립체는 3개의 광학 필터, 즉 내부 필터(252), 중간 필터(253) 및 외부 필터(254)를 구비한다. 본 실시예에서, 유체 냉매(50)(예를 들면, 물)는 광원(42)과 내부 필터(252) 사이에서 제1 방향으로 유동하고, 또한 내부 필터(252)와 중간 필터(253) 사이에서 대향하는 방향으로 유동한다. 가스 냉매(51)(예를 들면, 공기)는 중간 필터(253)와 외부 필터(254) 사이를 유동한다.

도 6은 단일 광학 필터(352)를 갖는 조명기(338)의 또 다른 예를 도시한다. 본 실시예에서, 광학 필터는 평면 또는 평탄 필터이며, 반사성 요철면(58)을 갖는 반사경(56)에 연결되어 있다. 반사경(56)과 광학 필터(352)를 결합시켜 광원(342)을 에워싼다. 본 실시예에서, 조명기(338)는 가스 냉매(50)(예를 들면, 공기)로 냉각된다. 이러한 구조에 있어서, 본 실시예는 메탈 할라이드 광원(342)을 갖는 것으로 도시되어 있지만, 크세논 아크 광원과 같은 다른 광원이 조명기(338)로 사용하기에 적합할 수 있다. 다수의 필터보다는 오히려 단일 필터가 광원을 에워싸며 반사경을 구비하지 않는 조명기가 고려될 수 있다. 또한, 가스 냉매 이외의 냉매를 사용을 고려할 수도 있다.

도 2 내지 도 6에 도시된 실시예는 청구범위의 범위에 속하는 가능한 실시예들을 전부 열거하고 있지는 않다. 실증적으로, 도면은 긴 조명기를 도시하고 있다. 조명기는 소정의 구체적인 형상을 취할 수 있다. 또한, 필터 조립체 내부의 광학 필터는 도시된 바와 같이 이격되어 있는 것보다는 오히려 상호 인접하여 접촉할 수도 있다. 조명기는 단부 캡(40) 없이도 구성될 수도 있다. 다른 변형이 고려될 수 있으며, 청구범위 내에서 추측될 수도 있다.

바람직하게는 태양 복사선과 비슷하도록 조명기와 관계없이 광원으로부터의 조명을 조정하기 위하여 광학 필터 또는 광학 필터 조립체를 선택한다. 따라서, 조명기는 종래 필터에 의한 것보다 더욱 실제적인 풍화 시험을 수행한다. 조명기 또는 필터가 태양 복사선을 모의(simulate)하는 방법을 한정하는데 있어서 두 개의 분광 영역이 중요하다. 제1 분광 영역은 290 nm보다 짧은 파장을 갖는다. 290 nm 미만의 자외선은 높은 에너지이며, 폴리머를 급격히 열화시킨다. 지상의 태양 자외 광선은 290 nm 이하의 매우 작은 방사선을 갖는다. 제2 분광 영역은 310 nm에서의 조도를 포함한다. 일반적으로, 조도는 집광기상에 입사되는 단위 면적당 방사력이며, 평방 미터당 와트(W/m²)로 기록되는 것이 통상적이다. 전술한 바와 같이, 지상의 태양 복사선은 290 nm 이하에서는 중요하지 않으며 약 300 nm에서 중요하게 된다. 따라서, 태양 컷온(cut-on) 파장은 하지(夏至)의 정오에 290 nm 내지 300 nm가 일반적이다. 310 nm에서의 조도는 유효한 시험을 성취하기 위하여 단지 태양 컷온 이상의 영역에서 충분한 조도를 갖는 여부에 관한 실제적인 표시를 나타낸다.

본원에서, 컷온 파장은 크세논 아크 또는 메탈 할라이드 광원으로 시험할 때 조도가 적어도 0.001 W/m²인 최단 파장으로 규정된다. 컷온 파장을 결정하기 위한 시험 방법은 잡음에 민감하다. 잡음을 고려하기 위하여, 컷온 파장을 또한 측정된 조도가 증가함에 따라 정수 파장이 증가하는 순서에서 4번째인 경우의 파장으로 규정하며 최소 조도는 0.00002 W/m²이다.

지상의 태양 복사선의 유리한 시뮬레이션을 제공하기 위하여, 필터는 전술한 분광 영역과 관련된 두 개의 기준을 만족시키도록 설계되는 것이 바람직하다. 첫째, 광학 필터를 통과하는 광원으로부터의 조명 또는 여과된 조명은 290 nm 미만의 파장에 대한 제1 총 조도 대 2.0×10^-6과 같거나 미만인 300 nm 내지 400 nm의 파장에 대한 제2 총 조도의 비율를 갖는다. 둘째, 광학 필터를 통과하는 광원으로부터의 조명은 310 nm에서의 조도 대 1.2×10^-3 이상이거나 같은 제2 총 조도(300 nm 내지 400 nm의 총 조도)의 비율를 갖는다. 총 조도는 소정의 범위에 걸쳐 각각 정수 파장에 대해 측정된 조도의 합계이다. 총 조도를 측정하기에 적합한 방법은 2 nm의 증분으로 250 nm에서 288 nm까지 측정된 조도의 합계에 2를 곱한다. 제2의 총 조도를 계산하기 위하여, 2 nm의 증분으로 300 nm에서 400 nm까지 측정된 조도의 합계에 2를 곱한다.

납 함량이 0.05중량% 내지 50중량%인 유리를 포함하는 광학 필터 또는 필터 조립체 내부의 적어도 하나의 광학 필터가 지상의 태양 복사선의 분광 특징을 모의하기에 적합할 수 있다. 유리는 납유리로서 공지되어 있으며, 때로는 플린트 유리로 불리기도 한다. 납유리는 유리의 기계적, 열적, 전기적 또는 광학적 특성을 조정하기 위하여 유리 혼합물에 첨가되는 산화납과 같은 납을 포함하는 유리이다. 일 실시예에서, 납유리는 주 성분으로서 산화칼륨, 산화납 및 이산화규소를 포함하는 유리가 있다. 특정 실시예에서, 유리는 또한 산화나트륨을 포함할 수도 있다. 전술한 납 함량은 유리 제조에서 모든 재료의 총 함량에 기초한 납의 중량 퍼센트로 측정된다.

적합한 광학 필터에서 유리의 납 함량은 사용된 유리의 두께에 달려있다. 적절한 필터링을 제공하기 위하여 약 0.5 중량%의 납 함량을 갖는 유리의 두께는 약 10 mm이어야 한다. 납 함량이 약 50 중량%인 유리는 적절한 필터링을 제공하기 위하여 약 0.7 mm의 두께만을 필요로 한다. 납유리 필터는 폭 넓은 납 함량 범위에 걸쳐 구성될 수 있지만, 가속 풍화 장치에 사용하기에 내구성이 없을 정도로 너무 얇으며 가속 풍화 장치에 사용하기에 경제성이 없거나 실용적이지 못할 정도로 너무 두껍게될 수 있음을 당업자가 알 수 있다. 통상적인 가속 풍화 장치용 조명기에 사용하기에 내구성이 있고, 경제적이며 또 실용적인 필터의 예로서, 0.5 중량% 내지 50 중량%의 납 함량 범위를 본원에 예시하고 있다. 일 실시예에서, 사용된 납유리는 펜실베니아 두레아 소재의 스캇 흘래스 테크놀러지사(Schott Glass Technologies, Inc.)에 의하여 상표명 WG-320으로 시판중인 것이다. 일 실시예에서, WG-320 납유리는 납 함량이 약 30 중량%이다. WG-320 납유리의 적절 두께는 약 1.3 mm이다. 도 6의 실시예에서, 광학 필터(352)가 WG-320 납유리 패널로 도시되어 있다.

게다가, 납유리의 중량에 따른 납 함량을 변화시키지 않고 납유리의 두께를 변화시키는 것은 필터를 통과하는 조명의 분광 파워 분포를 조절한다. 상세하게는, 필터를 통과하는 조명의 컷온 파장이 지상의 태양 빛의 컷온 파장과 동일하도록 유리의 두께를 조절할 수 있다. 예를 들면, 각각 상이한 두께를 갖는 WG-320 납유리로 제조된 3개의 광학 필터의 컷온 파장 각각을 측정하였다. 광학 필터는 코넥티컷 스트랫포드에 소재하는 오리엘사(Oriel Corp.)에 의하여 상표명 Oriel 66021로 시판중인 크세논 아크 램프로부터 발생한 조명을 통과시켰다. 두께가 3 mm 인 광학 필터의 경우에, 컷온 파장은 약 298 nm이였다. 두께가 2 mm인 광학 필터의 경우에, 컷온 파장은 약 294 nm이였다. 두께가 1.3 mm인 광학 필터의 경우에, 컷온 파장은 약 292 nm이였다.

상기 두 기준은 광원에 공급되는 전력의 넓은 범위에 걸쳐 충족된다. 통상적인 풍화 시험은 340 nm에서 0.35 W/m²로 수행된다. 일 실시예에서, 상기 두 기준은 벽 두께가 1.6 mm인 WG-320 납유리로 제조된 필터에 의해 1.31 W/m²로 측정된 조도를 만족시켰다. 상기 두 기준은 전술한 것보다 넓은 범위에 걸쳐 만족되는 것으로 예견된다. 본 실시예의 필터 보다 높은 조도를 사용하면 보다 빠른 시험 결과를 얻는다. 관련된 종래 필터에 따르면, 부가적인 전력은 비현실적인 열화를 가속화시키거나 지상의 태양 복사선의 시뮬레이션에서의 에러를 창출하거나 확대시킬 수 있다.

광학 필터 조립체에 있어서, 광학 필터는 납유리로 제조되지 않고, 자외선 투과성 재료로 제조된다. 이러한 필터는 지상의 태양 복사선의 적절한 시뮬레이션에 실질적으로 영향을 미치지 않는다. 자외선 투과성 광학 필터는 250 nm에서 적어도 60 %의 광투과율을 가지며 300 nm에서 80 %의 광투과율을 갖는다.(다른 실시예도 고려된다) 납유리 광학 필터와 자외선 투과성 광학 필터를 구비하는 이러한 광학 필터 조립체를 통과하는 조명의 컷온 파장은 단독으로 사용될 때의 납유리 광학 필터 경우의 컷온 파장과 매우 유사하다. 자외선 투과성 광학 필터에 사용하기에 적합한 재료의 일례로는 두께가 2 mm인 수정 유리가 있다. 또 다른 예로는 거의 동일한 두께를 갖는 일리노이 시카고에 소재하는 아틀라스 일렉트릭 디바이스(Atlas Electric Devices)에 의하여 상표명 CIRA로 시판중인 유리와 같은 적외선 흡수 코팅이 제공된 수정 유리가 있다. 도 3을 참조하면, 내부 필터(52)는 납유리로 구성되며, 외부 필터(54)는 적외선 흡수 코팅을 갖는 수정 또는 수정 유리와 같은 자외선 투과성 유리로 구성된다. 별법으로서, 내부 필터(52)는 자외선 투과성 유리로 구성되며, 외부 필터는 납유리로 구성된다.

수정 유리의 적외선 흡수 코팅은 테스트 중인 제품의 온도를 대응하여 증가시키지 않고 광원보다 높은 조도 레벨을 가능케 한다. 적외선 제어의 한 유형은 물 냉매를 이용하는 것이다. 적외선 제어의 또 다른 유형은 냉매에 적외선 흡수 재료를 첨가하는 것이다. 예를 들면, 물에 첨가된 황산동은 적외선 흡수 냉매를 형성하여 600 nm 이상의 빛을 흡수하며 태양 자외선 컷온과 같게 한다. 적외선 제어의 또 다른 유형은 적외선 흡수 냉매와 관련하여 적외선 흡수 코팅을 갖는 유리를 사용하는 것이다. 적외선 제어의 또 다른 예는 공지되어 있다.

실시예

하기의 실시예는 여러 가지 필터를 사용한 풍화 장치용 분광 파워 분포와, 하지 부근의 매우 청명한 날 정오에 아리조나 피닉스에서 측정된 반구상의 정상적인 태양 복사선의 그것을 비교한 것이다. 이것은 단파장의 자외선 복사량이 최대 또는 거의 최대인 경우인 "최대 일광"으로 간주되었다. 풍화 장치에서의 분광 파워 분포 측정은 OL754-PMT 광학 헤드 및 OL752S 통합 구체를 가지며 상표명 OL754로 시판중인 플로리다 올랜도 소재의 옵트로닉스 (Optronics)로부터 구매 가능한 스텍트로라디오미터(spectroradiometer)로 제조되었다. 스펙트로라디오미터는 미국 국립표준기술원에서 규명 가능한 캘리브레이션을 갖는 표준 텅스텐 할로겐 램프(Optronics OL752-10E)로 교정되었다. 분광 파워 분포 측정은 2 nm의 증분으로 250 nm 내지 400 nm로 수행되었었다.

하기의 실시예는 비교예 A-I로서 분류된 비교예를 포함한다. 이러한 실시예는 크세논 아크 풍화 장치에 사용하기 위한 상업적으로 이용가능한 제품을 기술한다. 하기의 실시예는 또한 본원의 실시예를 기술하는 것으로, 이것은 실시예 1-2로 분류되어 있다. 하기의 약어를 본 실시예에 사용한다.

약어	설명
Q-Sun 3000	Q-Sun 3000 크세논 테스트 챔버에 표준 일광 필터가 장착(오하이오 클리블랜드, Q-Panel Lab Products)
Suntest	Heraeus Suntest 테이블 탑 크세논-아크 장치(아리조나 피닉스, Heraeus DSET Laboratories, 현 일리노이 시카고, Atlas Electric Devices (Atlas))
Suprax	Heraeus Suntest 및 Heraeus Xenotest 1200 CPS가 장착된 일광 크세논 아크 필터용 상표명
Xenotest 1200	Heraeus Xenotest 1200 CPS(아리조나 피닉스, Heraeus DSET Laboratories (Atlas))
Atlas Ci65A	Atlas Ci65A 수냉식 크세논 아크 풍화 장치 (Atlas)
Atlas Hi35	Atlas Hi35 수냉식 크세논 아크 (Atlas)
Atlas Ci5000	Atlas Ci5000 수냉식 크세논 아크 풍화 장치 (Atlas)
CIRA	코팅된 적외선 흡수 필터 (Atlas)
Boro	수냉식 크세논 아크 장치용 Borosilicate "S" 내부 및 외부 필터 (Atlas)
Soda lime	수냉식 크세논 아크 장치용 Soda 석회 유리 필터 (Atlas)
Oriel 66021	Oriel 6271 1000W 크세논 램프가 장착되며 Oriel 68820 IKW 아크 램프 동력공급장치에 의하여 급전되는 F1 컨덴서를 갖는 Oriel model 66021 Universal Arc Lamp Housing (코넥티컷 스트랫포드 Oriel Instruments)
Soda lime glass	1.5mm두께의 소다 석회 유리의 평판(캘리포니아 로스앤젤레스, Industrial Glass Products)
Hoya UV32	Hoya UV32(2.5mm 두께, 로드 아이랜드 웨스트 워익, Bes Optics)
Tin Oxide glass	미국 특허 제4,125,775호에 기술된 것과 같은 산화주석 유리
Schott WG320 tube	1.5mm의 벽 두께를 갖는 관으로 형성된 Schott WG320 납유리 (펜실베니아 듀레아, Schott Glass Technologies, Inc.)
Quartz inner	수냉식 크세논 아크용 수정 내부 필터 (Atlas)
Quartz outer	General Electric에 의하여 제조되고, 3M에 의해 절단된 수냉식 크세논 아크용 수정 외부 필터
Sylvania BS575	Sylvania BS 575 SE HR 메탈 할라이드 램프 (메사추세츠 덴버, Osram Sylvania, Photo Optics Division)
Schott WG320 sheet	Schott WG320 유리판, 용융 H0191, 2mm 두께 (펜실베니아 두레아 Schott Glass Technologies, Inc.)

표 1은 각각의 실시예에 사용된 필터와 광원을 도시하며 또한 290 nm 이하 및 310 nm에서의 조도와 300 내지 400 nm의 조도 비율도 도시하고 있다.

실시예	광원	내부 필터	중간 필터	외부 필터	290nm 미만의 조도 대 300~400nm 총조도의 비율	3100nm에서의 조도 대 300~400nm 총조도의 비율
비교예 A	Q-Sun 3000	없음	Q-Sun 3000	없음	6.19E-06	0.0015
비교예 B	Suntest	없음	Suprax	없음	3.02E-04	0.0017
비교예 C	Atlas Ci65A	Boro	없음	Boro	1.52E-04	0.0015
비교예 D	Atlas Hi35	Quartz	없음	Boro	1.76E-03	0.0029
비교예 E	Xenotest 1200	없음	Suprax	없음	4.09E-04	0.0022
비교예 F	Atlas Ci5000	CIRA	없음	Soda lime	2.96E-04	0.0022
비교예 G	Oriel 66021	없음	Hoya UV32	없음	0.00E+00	0.0000
비교예 H	Oriel 66021	없음	Soda lime glass	없음	0.00E+00	0.0004
비교예 I	Oriel 66021	없음	Tin oxide glass	없음	0.00E+00	0.0006
1	Atlas Ci65A	Quartz	Schott WG320 tube	Quartz	0.00E+00	0.0025
2	Sylvania BS575	없음	Schott WG320 tube	없음	0.00E+00	0.0013

비교예 A 내지 F는 크세논 아크 풍화 장치에서 상업적으로 이용 가능한 필터를 사용하였다. 도 7은 비교예 A 내지 F에 대한 분광 파워 분포를 270 nm 내지 350 nm의 최대 일광과 비교하여 도시하고 있다. 도 7의 분광 파워 분포와 기타 분광 파워 분포 그래프는 340 nm에서 0.55 W/m²로 표준화되며, 이것은 연구실 가속 풍화 장치에서 통상적으로 사용된 조도 제어 포인트이다. 본 도면은 nm의 파장 함수로서 W/m²의 표준화 조도를 설명하고 있다.

도 7은 비교예 A 내지 F의 필터를 갖는 크세논 아크의 분광 파워 분포가 최대 일광의 컷온아래의 단파장 자외선 복사선의 상당량을 포함하는 것으로 도시하고 있다. 이것은 몇몇 재료에서 비현실적인 열화 반응을 야기할 수도 있다.

비교예 G-I는 태양 컷온 아래의 단파장 자외선 복사선을 제거하는 상업적으로 이용 가능한 필터를 사용하였다. 도 8은 조도 데이터가 340 nm에서 0.55 W/m²로 표준화되어 있는 비교예 G-I와 최대 일광의 분광 파워 분포의 도면이다. 본 도면은 nm의 파장 함수로서 W/m²의 표준화 조도를 설명하고 있다.

도 8은, 이러한 필터를 사용하여 연구실 가속 풍화 장치에서 사용된 광원으로부터 단파장의 자외선 복사선을 효과적으로 제거할 때, 태양 복사선에 존재하는 300 nm 이상의 매우 많은 복사선이 여과됨을 보여주고 있다. 이것에 의하면, 분광 파워 분포를 최대 일광에 비해 약화시키며 시험 기간을 바람직하지 않게 연장시킬 수 있다.

실시예 1 및 2는 크세논 아크 및 메탈 할라이드 램프를 갖는 본 발명의 납유리 필터를 사용하였다. 도 9는 조도 데이터가 340 nm에서 0.55 W/m²로 표준화되어 있는 실시예 1 및 2와 최대 일광의 분광 파워 분포의 도면이다. 본 도면은 nm의 파장 함수로서 W/m²의 표준화 조도를 설명하고 있다. 도 9는 본 발명의 필터를 사용한 경우에, 최대 일광에 존재하는 300 nm 이상의 복사선을 비현실적으로 여과하지 않고 연구소 가속 광원의 단파장 자외선 복사선을 제거한 것을 보여주고 있다. 도 9에서, 실시예 1 및 2의 컷온은 최대 일광의 경우보다 수 nm 긴 파장으로 변위하였다. 필터의 납 함량 또는 두께를 약간 변경시키면, 최대 일광의 경우와 실질적으로 완전히 일치하는 분광 파워 분포를 제공할 수 있다.

표 1에서의 데이터 및 도 7 내지 9는, 연구실 가속 풍화 장치에서 본 발명의 필터를 사용하면 단기간에 시험 결과를 얻을 수 있는 성능을 제공하므로서 비현실적인 열화 반응 없이 실제 실외 노출에서 획득되는 결과를 효과적으로 모의할 수 있음을 보여 주고 있다.

개시된 상기 실시예의 여러 가지 변경 및 콤비네이션이 당업자에게 명확하며, 그러한 변경은 청구범위에 한정된 바와 같이 본 발명의 범위에 속하는 것으로 지정된다.

Claims

제품 샘플 시험용 가속 풍화 장치로서,

상기 제품 샘플을 보유하기 위한 풍화 설비; 및

상기 풍화 설비에 인접하여 배치되며, 상기 제품 샘플에 조명을 제공하기 위한 조명기를 포함하며,

상기 조명기는

적어도 200 nm 내지 400 nm의 범위에서 분광 특성을 갖는 광원; 및

상기 광원에 인접하여 배치되는 일광에 근사하는 분광 파워 분포를 제공하는 광학 필터를 포함하고,

상기 광학 필터는

290 nm 보다 짧은 파장에 대한 제1 총 조도 대 300 nm 내지 400 nm의 파장에 대한 제2 총 조도의 제1 비율로서, 2.0×10^-6 미만인 제1 비율; 및

310 nm에서의 조도 대 상기 제2 총 조도의 제2 비율로서, 1.2×10^-3 이상인 제2 비율을 제공하는 것인 가속 풍화 장치.
제1항에 있어서, 상기 광학 필터는 납유리를 포함하고, 납유리는 납유리를 통과하는 조명에 대하여 290 nm 내지 300 nm의 컷온 파장(cut-on wavelength)을 제공하도록 선택된 두께를 갖는 것인 가속 풍화 장치.
제1항에 있어서, 상기 광원으로부터의 조명은 적어도 290 nm 내지 400 nm의 분광 성분을 포함하는 것인 가속 풍화 장치.
제1항에 있어서, 상기 광원으로부터의 조명은 340 nm에서 0.35 W/m² 내지 1.31 W/m²의 조도를 갖는 것인 가속 풍화 장치.
제1항에 있어서, 상기 광학 필터는 0.7 mm 내지 10 mm의 두께를 갖는 유리를 포함하는 것인 가속 풍화 장치.
제1항에 있어서, 상기 광학 필터는 30 중량%의 납 함량을 갖는 유리를 포함하는 것인 가속 풍화 장치.
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